Alacsony hőmérsékletű akkumulátor A lítium-ion akkumulátor ellenáll a fagynak
A lítium-ion akkumulátorok erőműnek számítanak az újratölthető elemek között. Viszonylag kis súlyúak és nagy energiasűrűségűek. Régóta megtalálhatók kompakt formában notebookokban, mobiltelefonokban, digitális fényképezőgépekben és vezeték nélküli csavarhúzókban. Most szinte minden elektromos autóban és e-bike-ban megtalálhatók, és ellátják az elektromos motorokat villamos energiával. A hideg téli napok, amikor a hőmérséklet jóval nulla alá csökken, problémákat okoznak az áramforrások számára. Ezután az elemek nagy energiát veszítenek: kapacitásuk és feszültségesésük. Ennek oka: a folyékony elektrolit viszkózusabbá válik és megszilárdul, ami csökkenti vezetőképességét.
A lítiumionok ezután lassabban vándorolnak a katódból az anódba és fordítva. Mínusz 20 foknál a hagyományos lítium-ion akkumulátor kapacitása 50, mínusz 40 foknál csak 12 százalék. A sarki területeken a lítium-ion akkumulátorok gyakorlatilag használhatatlanok, hacsak nincsenek fűtéssel vagy hőszigeteléssel ellátva, ami azonban megnöveli a súlyt.
A lítium-ion akkumulátorok fagyasztási hőmérsékletekre való alkalmassá tételének korábbi megközelítései többnyire az elektrolit adalékok hozzáadásán alapultak. Csak egy szobahőmérsékleten gáznemű elektrolit tartja meg vezetőképességének nagy részét mínusz 60 fokon, mert folyékony marad. A gáznyomás miatt azonban acélházra van szükség az akkumulátorhoz, ami szintén megnöveli a súlyt.
Szerves hűtőközeg
Kínai tudósok most a rendkívüli hidegnek ellenálló újratölthető akkumulátort mutatnak be a "Joule" magazinban. A Yongyao Xia-val a sanghaji Fudan Egyetemen dolgozó kutatók olyan lítium-ion akkumulátort építettek, amelynek eredeti kapacitásának 70 százaléka mínusz 70 fokon van. Ahhoz, hogy áramforrásuk ellenálljon a hidegnek, Yongyao Xia és munkatársai elektrolitként lítiumsó és etil-acetát keverékét használják. A szerves oldószer fagyáspontja mínusz 84 fok. Az elektrolit tehát folyékony marad, ezért alacsony hőmérsékleten is vezetőképes.
Két szilárd polimer szolgál katódként és anódként, amelyek gyorsan képesek felszívni és felszabadítani a lítiumionokat még nagyon hideg állapotban is. A szokásos elektróda anyagokkal ellentétben a szénhidrogénláncok nem tárolnak lítiumionokat a belsejükben, ami a hőmérséklet csökkenésével lelassítja a töltési és ürítési folyamatot. A töltések a felszínen maradnak, és gyorsabban és könnyebben elfolyhatnak onnan.
Áramforrás a hidegindításhoz
A kutatók szerves lítium-ion akkumulátoruk prototípusait hideg kamrában tesztelték. Az eredmény meggyőző: az akkumulátor kapacitásának majdnem száz százalékát megtartotta mínusz 40 fokon. Mínusz 70 foknál még mindig 70 százalék volt.
A kutatók szerint a szerves akkumulátoroknak más előnyeik vannak: Az elektród anyagként általában használt átmeneti fémekhez képest a szerves komponenseket olcsón és környezetbarát módon lehet előállítani - és könnyebben elérhetők. A szerves elektródák csak körülbelül harmadába kerülnének, mint a hagyományos lítium-ion akkumulátorok elektródái.
A szerves elemeknek azonban még mindig komoly hátrányuk van. Az energia sűrűsége alacsonyabb, mint a hagyományos lítium-ion akkumulátoroké - nagyjából az ólomakkumulátorok tartományában van. A szerves áramforrások túl gyengék sok alkalmazáshoz és hosszú távú felhasználáshoz. Xia és munkatársai úgy gondolják, hogy a hidegtűrő akkumulátorok jól alkalmazhatók a hidegindítás során a szükséges áramellátásra.